CN101872893B - 多回路天线结构及其应用的手持式电子装置 - Google Patents

Abstract

一种多回路天线结构及其应用的手持式电子装置。多回路天线结构包括高频辐射本体、低频辐射本体、馈入连接部及接地连接部。馈入连接部用以将高频辐射本体的一端及低频辐射本体的一端电性连接至馈入点。接地连接部用以将高频辐射本体及低频辐射本体的另一端接地。馈入连接部经高频辐射本体与接地连接部形成一第一折叠回路天线以谐振一第一频段，而馈入连接部经低频辐射本体与接地连接部形成一第二折叠回路天线，以谐振一第二频段、一第三频段及一第四频段。第一折叠回路天线及第二折叠回路天线被折叠以形成一三维结构。

Description

多回路天线结构及其应用的手持式电子装置

技术领域

本发明是有关于一种天线及其应用的手持式电子装置，且特别是有关于一种多回路天线结构及其应用的手持式电子装置。

背景技术

请参照图1，其所示为传统回路天线的示意图。传统回路天线(LoopAntenna)10包括馈入点110、接地点120及左右对称的辐射本体130。馈入点110、接地点120及辐射本体130之间为一个完整的回路。也就是说，流入馈入点110的电流等于流出接地点120的电流，因此传统回路天线10又称为平衡式(balance)天线。然而，由于传统回路天线10的尺寸过大，且移动电话又讲求轻薄短小的设计，因此过去并不会将传统回路天线10广泛地应用到移动电话。

请参照图2，其所示为传统开端式天线的示意图。开端式天线(Open EndType)20包括馈入点210、接地点220及辐射本体230。馈入点210、接地点220及辐射本体230之间并非一个完整的回路，流入馈入点210的电流不等于流出接地点220的电流，因此开端式天线20又称为非平衡式(unbalance)天线。由于开端式天线20的尺寸较小，因此传统移动电话多采开端式天线20做为无线通信的媒介。

请参照图3，其所示为无线通信系统的频段分布图。随着电子技术的日新月异，发展出许多的无线通信系统，如蓝牙及无线网络(BT/WIFI)、全球移动通信系统(Global System for Mobile Communications，GSM)、全球定位系统(Global Positioning System，GPS)及数字式通信系统(DigitalCommunication System，DCS)/个人通信服务(Personal CommunicationServices，PCS)/通用移动通信系统(Universal Mobile TelecommunicationsSystem，UMTS)等。然而，由于这些无线通信系统的频段并不相同，因此移动电话若要支持前述无线通信系统，则需至少使用三支天线才能同时囊括蓝牙及无线网络(BT/WIFI)频段、GPS频段、GSM频段及DCS/PCS/UMTS频段。

发明内容

本发明关于一种多回路天线结构及其应用的移动通信装置，其至少包括如下优点：

一、仅需一个多回路天线结构即能囊括蓝牙及无线网络(BT/WIFI)频段、GSM频段、GPS频段及DCS/PCS/UMTS频段等多个频段。

二、天线长度只需传统回路天线的二分之一。

三、能折叠成三维结构，以利设置在空间有限的手持式装置。

根据本发明的一方面，提出一种多回路天线结构。多回路天线结构包括高频辐射本体、低频辐射本体、馈入连接部及接地连接部。馈入连接部用以将高频辐射本体的一端及低频辐射本体的一端电性连接至馈入点。接地连接部用以将高频辐射本体及低频辐射本体的另一端接地。馈入连接部经高频辐射本体与接地连接部形成一第一折叠回路天线以谐振一第一频段，而馈入连接部经低频辐射本体与接地连接部形成一第二折叠回路天线，以谐振一第二频段、一第三频段及一第四频段。第一折叠回路天线及第二折叠回路天线被折叠以形成一三维结构。

根据本发明的另一方面，提出一种手持式电子装置。手持式电子装置包括印刷电路板、天线承载部及多回路天线结构。天线承载部与印刷电路板耦接，且多回路天线结构设置在天线承载部。多回路天线结构包括高频辐射本体、低频辐射本体、馈入连接部及接地连接部。馈入连接部用以将高频辐射本体的一端及低频辐射本体的一端电性连接至馈入点。接地连接部用以将高频辐射本体及低频辐射本体的另一端接地。馈入连接部经高频辐射本体与接地连接部形成一第一折叠回路天线以谐振一第一频段，而馈入连接部经低频辐射本体与接地连接部形成一第二折叠回路天线，以谐振一第二频段、一第三频段及一第四频段。第一折叠回路天线及第二折叠回路天线被折叠以形成一三维结构。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举一优选实施例，并配合附图，作详细说明如下：

附图说明

图1所示为传统回路天线的示意图。

图2所示为传统开端式天线的示意图。

图3所示为无线通信系统的频段分布图

图4所示为本发明第一实施例的多回路天线结构展开图。

图5所示为本发明第一实施例的多回路天线结构立体图。

图6所示为本发明第一实施例的多回路天线结构立体图。

图7所示为传统平板型(planar type)第一对称回路天线的示意图。

图8所示为依据图7的天线，经映射原理(Image Theory)后，本发明天线长度缩减的回路天线的示意图。

图9所示为依据图8的天线，经折叠后而成本发明第一折叠回路天线的示意图。

图10所示为传统平板型第二对称回路天线的示意图。

图11所示为依据图10的天线，经映射原理(Image Theory)后，本发明天线长度缩减的回路天线的示意图。

图12所示为依据图11的天线，标示出折叠线的本发明第二折叠回路天线的示意图。

图13所示为本发明多回路天线结构310的电压驻波比测量图(VoltageStanding Wave Ratio，VSWR)。

图14所示为本发明多回路天线结构310的返回损失测量图(Return-Loss)。

图15所示为本发明多回路天线结构310的史密斯图(Smith chart)。

图16所示为本发明第二实施例的多回路天线结构展开图。

图17所示为本发明第二实施例的多回路天线结构立体图。

图18所示为本发明第二实施例的多回路天线结构立体图。

图19所示为本发明多回路天线结构510的电压驻波比测量图(VoltageStanding Wave Ratio，VSWR)。

图20所示为本发明多回路天线结构510的返回损失测量图(Return-Loss)。

图21所示为本发明多回路天线结构510的史密斯图(Smith chart)。

主要元件符号说明

10：传统回路天线

20：开端式天线

110、210、3122：馈入点

120、220、31422、51422、51442：接地点

310、510：多回路天线结构

312：馈入连接部

314、514：接地连接部

316：高频辐射本体

318：低频辐射本体

320：天线承载部

330：印刷电路板

340、350、360、370：折叠线

380、390：端点

3142、5142、5144：接地连接元件

320(1)、320(2)、320(3)、320(4)：表面

410：第一折叠回路天线

420：传统平板型第一对称回路天线

430、460：天线长度缩减后的回路天线

440：第二折叠回路天线

450：传统平板型第二对称回路天线

d1、d2、d3、d4：距离

具体实施方式

本发明提供一种多回路天线结构及其应用的手持式电子装置。多回路天线结构包括高频辐射本体、低频辐射本体、馈入连接部及接地连接部。馈入连接部用以将高频辐射本体的一端及低频辐射本体的一端电性连接至馈入点。接地连接部用以将高频辐射本体及低频辐射本体的另一端接地。馈入连接部经高频辐射本体与接地连接部形成一第一折叠回路天线(Folded LoopAntenna)以谐振一第一频段，而馈入连接部经低频辐射本体与接地连接部形成一第二折叠回路天线，以谐振一第二频段、一第三频段及一第四频段。第一折叠回路天线及第二折叠回路天线被折叠以形成一三维结构。手持式电子装置除前述多回路天线结构外，还包括印刷电路板及天线承载部。天线承载部与印刷电路板耦接，且多回路天线结构设置在天线承载部。下述将进一步例举第一实施例及第二实施例说明。

第一实施例

请同时参照图4至图6，图4所示为本发明第一实施例的多回路天线结构展开图，图5及图6所示分别为本发明第一实施例的多回路天线结构的不同角度立体图。手持式电子装置30例如为移动电话、个人数字助理(PersonalDigital Assistant，PDA)或其它通信装置，且手持式电子装置30包括多回路天线结构310、天线承载部320及印刷电路板330。天线承载部320与印刷电路板330耦接，且多回路天线结构310设置在天线承载部320。多回路天线结构310包括馈入连接部312、接地连接部314、类似U型的高频辐射本体316及类似S型的低频辐射本体318。馈入连接部312用以将高频辐射本体316的一端及低频辐射本体318的一端电性连接至馈入点3122。接地连接部314用以将高频辐射本体316及低频辐射本体318的另一端接地。其中，接地连接部314包括接地连接元件3142，接地连接元件3142的一端点380连接高频辐射本体316及低频辐射本体318的另一端点390，且接地连接元件3142的另一端点连接至接地点31422。馈入连接部312经高频辐射本体316与接地连接部314形成一第一折叠回路天线(Folded Loop Antenna)以谐振一第一频段，而馈入连接部312经低频辐射本体318与接地连接部314形成一第二折叠回路天线，以谐振一第二频段、一第三频段及一第四频段。其中，第一折叠回路天线的1/2倍波长的谐振频率可产生第一频段，而第二折叠回路天线的1/2倍、1倍及1.5倍波长的谐振频率分别可产生第二频段、第三频段及第四频段。

第一频段例如为1710MHz至2170MHz的DCS/PCS/UMTS频段，第二频段例如为824MHz至960MHz的GSM频段，第三频段例如为1575MHz的GPS频段，而第四频段例如为2400MHz至2500MHz的蓝牙及无线网络(BT/WIFI)频段。前述第一折叠回路天线及第二折叠回路天线为沿折叠线340、折叠线350、折叠线360及折叠线370垂直折叠以形成三维结构。其中，距离d1及d4例如为5mm，距离d2例如为11mm，而距离d3例如为55mm。

进一步来说。天线承载部320包括表面320(1)、表面320(2)、表面320(3)及表面320(4)，表面320(1)、表面320(2)、表面320(3)及表面320(4)彼此不共面。表面320(1)垂直于表面320(2)、表面320(3)及表面320(4)，且表面320(4)垂直于表面320(1)、表面320(2)及表面320(3)。高频辐射本体316沿折叠线350垂直折叠，使得部分高频辐射本体316设置在表面320(1)，而另一部分高频辐射本体316设置在表面320(2)。低频辐射本体318沿折叠线360及折叠线370垂直折叠，使得部分低频辐射本体318设置在表面320(2)，另一部分低频辐射本体318设置在表面320(4)，而再一部分低频辐射本体318设置在表面320(3)。馈入连接部312设置在表面320(2)，而接地连接部314设置在表面320(3)。且接地连接元件3142的一端点380与低频辐射本体318的一端点390在表面320(3)耦接在一起。

请同时参照图7至图9，图7所示为传统平板型(planar type)第一对称回路天线的示意图，图8所示为依据图7的天线，经映射原理(image theory)后，本发明天线长度(亦可看成电流路径)缩减后的回路天线的示意图，图9所示为依据图8的天线，经折叠后而成本发明第一折叠回路天线的示意图。前述高频辐射本体316的一端经馈入连接部312电性连接至馈入点3122，且高频辐射本体316的一端经接地连接部314的接地连接元件3142电性连接至接地点31422以形成图9所示的第一折叠回路天线410。

第一折叠回路天线410对应到图7的传统平板型第一对称回路天线420，传统平板型第一对称回路天线420为一左右对称的映射结构。根据映射原理(Image Theory)能进一步将传统平板型第一对称回路天线420缩减成图8所示的回路天线430，使得回路天线430的天线长度(亦可看成电流路径)约为传统平板型第一对称回路天线420的二分之一。其中，回路天线430的接地连接部314的接地连接元件3142及接地点31422向上翻折，即形成图9所示的第一折叠回路天线410。第一折叠回路天线410沿折叠线340及折叠线350垂直折叠即能形成三维结构。

请同时参照图10至图12，图10所示为传统平板型第二对称回路天线的示意图，图11所示为依据图10的天线，经映射原理(Image Theory)后，本发明天线长度(亦可看成电流路径)缩减的天线长度缩减后的回路天线的示意图，图12所示为依据图11的天线，标示出折叠线的本发明第二折叠回路天线的示意图。前述低频辐射本体318的一端经馈入连接部312电性连接至馈入点3122，且低频辐射本体318的一端经接地连接部314的接地连接元件3142电性连接至接地点31422以形成图12所示的第二折叠回路天线440。

第二折叠回路天线440对应到图10的传统平板型第二对称回路天线450，第二对称回路天线450为一左右对称的映射结构。根据映射原理(ImageTheory)能进一步将第二对称回路天线450缩减成图11所示的回路天线460，使得回路天线460的天线长度(亦可看成电流路径)约为第二对称回路天线450的二分之一。其中，回路天线460的接地连接部314的接地连接元件3142及接地点31422向右翻折，即形成图12所示的第二折叠回路天线440。第二折叠回路天线440沿折叠线360及折叠线370垂直折叠即能形成三维结构。

在过去传统的作法中，由于可携式电子装置中的空间有限且传统回路天线尺寸过大，因此过去并不会将回路天线应用到手持式电子装置中，而是改采如平面倒F型天线(Planar Inverted-F Antenna，PIFA)的开端式(Open end)天线。然而，本发明优选地根据映射原理能先将回路天线的天线长度缩减为原来的二分之一，再将天线长度缩减后的回路天线折叠成三维结构，因此能将回路天线设置在空间有限的手持式装置。不仅如此，由于回路天线能谐振于1/2倍波长、1倍波长及1.5倍波长，因此，本发明仅需一个多回路天线结构即能谐振出所需的多个频段。

请同时参照图13至图15，图13所示为本发明多回路天线结构310的电压驻波比测量图(VSWR)，图14所示为本发明多回路天线结构310的返回损失测量图(Return Loss)，图15所示为本发明多回路天线结构310的史密斯图(Smith chart)。由图13至图15可进一步了解多回路天线结构310的天线效能，且谐振于蓝牙及无线网络(BT/WIFI)频段、GSM频段、GPS频段及DCS/PCS/UMTS频段的特性。

第二实施例

请同时参照图16至图18，图16所示为本发明第二实施例的多回路天线结构展开图，图17及图18所示分别为本发明第二实施例的多回路天线结构的不同角度立体图。第二实施例与第一实施例不同之处在于：多回路天线结构510的高频辐射本体316及低频辐射本体318分别具有各自的接地连接元件5142与5144，与前述多回路天线结构310的共用接地连接元件3142实属不同。本实施例的接地连接部514包括高频辐射本体316的接地连接元件5142及低频辐射本体318的接地连接元件5144。接地连接元件5142的一端点连接至高频辐射本体316的另一端点，且接地连接元件5142的另一端点连接至接地点51422。接地连接元件5144的一端点连接至低频辐射本体318的另一端点，且接地连接元件5142的另一端点连接至接地点51442。亦即，高频辐射本体316及低频辐射本体318的另一端点分别借由接地连接元件5142及接地连接元件5144连接至接地点51422及接地点51442。如此一来，将能进一步地提高高频频段的频宽。举例来说，请参照图14与图20中关于高频频段的频宽，一般业界以-8db为指标，当此标准条件之下，可以很明显地看出图14的高频频宽(高低辐射本体共用接地连接部314)小于图20的高频频宽(高低辐射本体分别具有各自的接地连接部514)。

请同时参照图19至图21，图19所示为本发明多回路天线结构510的电压驻波比测量图(VSWR)，图20所示为本发明多回路天线结构510的返回损失测量图(Return Loss)，图21所示为本发明多回路天线结构510的史密斯图。由图19至图21可进一步了解多回路天线结构510的天线效能，且谐振于蓝牙及无线网络(BT/WIFI)频段、GSM频段、GPS频段及DCS/PCS/UMTS频段的特性。

本发明上述实施例所公开的多回路天线结构及其应用的手持式电子装置，具有多项优点，以下仅列举部分优点说明如下：

一、仅需一个多回路天线结构即能囊括蓝牙及无线网络(BT/WIFI)频段、GSM频段、GPS频段及DCS/PCS/UMTS频段等多个频段。

二、天线长度只需传统回路天线的二分之一。

三、能折叠成三维结构，以利设置在空间有限的手持式装置。

综上所述，虽然本发明已以一优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (16)

1.一种多回路天线结构，包括：

一高频辐射本体；

一低频辐射本体；

一馈入连接部，用以将该高频辐射本体的一端及该低频辐射本体的一端电性连接至一馈入点；以及

一接地连接部，用以将该高频辐射本体及该低频辐射本体的另一端接地，该馈入连接部经该高频辐射本体与该接地连接部形成一第一折叠回路天线以谐振一第一频段，该馈入连接部经该低频辐射本体与该接地连接部形成一第二折叠回路天线，以谐振一第二频段、一第三频段及一第四频段，该第一折叠回路天线及该第二折叠回路天线被折叠以形成一三维结构，

其中该接地连接部包括：

一接地连接元件，包括：

一第一端点，连接至该高频辐射本体及该低频辐射本体的另一端点；及

一第二端点，连接至一接地点。

2.根据权利要求1所述的多回路天线结构，其中该高频辐射本体为一U型结构，且该低频辐射本体为一S型结构。

3.根据权利要求1所述的多回路天线结构，其中该高频与低频辐射本体分别被折叠设置在不共面的多个平面。

4.根据权利要求1所述的多回路天线结构，其中该馈入连接部、该接地连接部、该高频辐射本体及该低频辐射本体设置在一天线承载部的一第一表面、一第二表面、一第三表面及一第四表面，该第一表面垂直于该第二表面、该第三表面及该第四表面，该第四表面垂直于该第一表面、该第二表面及该第三表面垂直。

5.根据权利要求4所述的多回路天线结构，其中该高频辐射本体包括：

一第一部分，设置在该第一表面；以及

一第二部分，设置在该第二表面。

6.根据权利要求5所述的多回路天线结构，其中该低频辐射本体包括：

一第一部分，设置在该第二表面；

一第二部分，设置在该第四表面；以及

一第三部分，设置在该第三表面。

7.根据权利要求6所述的多回路天线结构，其中该馈入连接部设置在该第二表面，该接地连接部设置在该第三表面。

8.根据权利要求1所述的多回路天线结构，其中该第一折叠回路天线对应到一第一对称回路天线，且该第一折叠回路天线的电流路径为该第一对称回路天线的二分之一，且该第二折叠回路天线对应到一第二对称回路天线，且该第二折叠回路天线的电流路径为该第二对称回路天线的二分之一。

9.根据权利要求1所述的多回路天线结构，其中该第一折叠回路天线的电流路径为二分之一波长，该第二折叠回路天线的电流路径为二分之一波长。

10.一种手持式电子装置，包括：

一印刷电路板；

一天线承载部，与该印刷电路板耦接；

一多回路天线结构，设置在该天线承载部，该多回路天线结构包括：

一高频辐射本体；

一低频辐射本体；

一馈入连接部，用以将该高频辐射本体的一端及该低频辐射本体的一端电性连接至一馈入点；以及

一接地连接部，用以将该高频辐射本体及该低频辐射本体的另一端接地，该馈入连接部经该高频辐射本体与该接地连接部形成一第一折叠回路天线以谐振一第一频段，该馈入连接部经该低频辐射本体与该接地连接部形成一第二折叠回路天线，以谐振一第二频段、一第三频段及一第四频段，该第一折叠回路天线及该第二折叠回路天线被折叠以形成一三维结构，

其中该接地连接部包括：

一接地连接元件，包括：

一第一端点，连接至该高频辐射本体及该低频辐射本体的另一端点；及

一第二端点，连接至一接地点。

11.根据权利要求10所述的手持式电子装置，其中该高频与低频辐射本体分别被折叠设置在不共面的多个平面。

12.根据权利要求10所述的手持式电子装置，其中该馈入连接部、该接地连接部、该高频辐射本体及该低频辐射本体设置在一天线承载部的一第一表面、一第二表面、一第三表面及一第四表面，该第一表面垂直于该第二表面、该第三表面及该第四表面，该第四表面垂直于该第一表面、该第二表面及该第三表面垂直。

13.根据权利要求12所述的手持式电子装置，其中该高频辐射本体包括：

一第一部分，设置在该第一表面；

一第二部分，设置在该第二表面；以及

其中该低频辐射本体包括：

一第一部分，设置在该第二表面；

一第二部分，设置在该第四表面；以及

一第三部分，设置在该第三表面。

14.根据权利要求13所述的手持式电子装置，其中该馈入连接部设置在该第二表面，该接地连接部设置在该第三表面。

15.根据权利要求10所述的手持式电子装置，其中该第一折叠回路天线对应到一第一对称回路天线，且该第一折叠回路天线的电流路径为该第一对称回路天线的二分之一，且该第二折叠回路天线对应到一第二对称回路天线，且该第二折叠回路天线的电流路径为该第二对称回路天线的二分之一。

16.根据权利要求10所述的手持式电子装置，其中该第一频段为一DCS/PCS/UMTS频段，该第二频段为一GSM频段，该第三频段为一GPS频段，该第四频段为一蓝牙及无线网络频段。

Images